一种多气隙轴向磁通-磁场调制永磁电机的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于直驱电机领域，更具体地，设及一种多气隙轴向磁通-磁场调制永磁 电机。
【背景技术】
[0002] 近年来，永磁牵引电机凭借其高效率、高功率密度、强过载能力等优点，受到研究 人员的广泛关注。德国、法国、日本和韩国等国家均已开展了研究工作，部分已进入工程化 和商业化推广应用阶段。然而，由于直驱牵引系统需要电机在有限的体积内达到高转矩输 出，其在转矩密度与电机发热的问题上仍存挑战。与常规电机相比，磁场调制永磁电机可W 大幅度提高转矩密度，在直驱牵引系统中具有良好的应用前景。但是由于磁场调制电机定 子极数少（通常设计为四极或六极），其绕组端部一般较长，铜耗高，且综合转矩密度的指 标严重受限于端部绕组长度。与此同时，由于磁场调制电机的漏磁较多，常规设计的功率 因数仅有0. 3-0. 4,而多数应用场合，如轨道交通、船舶推进等直驱牵引对电机的功率因素 多有较高要求。
【发明内容】
[0003] 本发明在磁场调制电机的基础上，借助轴向磁通拓扑灵活的定、转子排布和转子 磁钢阵列的合理布局，大幅度降低磁钢漏磁，从而将电机功率因数提升至合理水平；将环形 绕组与轴向双开槽定子铁忍的巧妙结合，降低铜用量和铜耗，从根本上解决端部绕组过长 的问题。
[0004] 本发明公开了一种多气隙轴向磁通-磁场调制永磁电机，其特征在于，该永磁电 机包括依次在轴向方式上交错设置的若干定子和若干转子，其中所述永磁电机的两端为两 个表贴式永磁转子，其余所述转子为内嵌式永磁转子，所述若干定子结构尺寸相同，双边开 槽并采用环绕所述径向方向的环形绕组，沿所述轴向方向上相对于其上一个所述定子依次 偏移半个槽距机械角度。 阳〇化]进一步地，所述定子的数量至少为两个。
[0006] 进一步地，所述若干个转子同轴连接，通过转子轴输出机械能；所述若干定子通过 同一电端口连接外部电源。
[0007] 进一步地，所述若干转子的极对数为n，所述若干定子的槽数为q，所述若干定子 的电枢磁场极对数为P，则n、P、q满足如下关系式：q = p+n。
[0008] 按照本发明实现的多气隙轴向磁通-磁场调制永磁电机，电机运行时，转子的多 极磁场首先经过定子齿调制形成少极磁场，随后依据该少极磁场的极数向定子绕组外加匹 配的电势，使得电枢磁场基波与调制后的永磁体磁场基波具有相同的极数与转速，进而使 得电机能产生稳定的转矩输出。采用多盘轴向结构可大大提高理论转矩密度，通过定子排 布优化和转子磁钢阵列的合理排布，可大幅度减小极间漏磁和主磁路磁阻，提高磁场调制 电机的功率因数。通过多盘结构，在定子使用环形绕组并且在定子两侧均布置转子，可充分 利用绕组两侧磁场，解决端部绕组过长问题的同时大大提高了绕线利用率，降低了用铜量 及铜耗。
[0009] 通过多气隙轴向磁通结构和磁场调制电机的有机结合，本发明在保留了磁场调制 电机的优良性能的基础上，综合性地解决了磁场调制电机转矩密度受限和功率因数较低的 固有问题，作为一种重物起吊、轨道交通、船舶推进等直驱牵引场合用的高转矩密度直驱电 机具有很好的发展潜力。
【附图说明】
[0010] 图1 (a)为按照本发明实现的实施例一五盘轴向磁通-磁场调制永磁电机结构示 意图，（极比为5:1);
[0011] 图1(b)为按照本发明实现的一种轴向磁通-磁场调制永磁电机结构爆炸示意 图；
[0012] 图2为按照本发明实现的永磁电机中的内转子结构示意图；
[0013] 图3为按照本发明实现的实施例一中的永磁电机的剖面结构示意图；
[0014] 图4(a)为按照本发明的实施例一中的永磁电机运行时磁力线分布图，其中两定 子齿为对齐设置，（极比为11:1);
[0015] 图4(b)为按照本发明的实施例一中的永磁电机运行时磁力线分布图，其中两定 子齿在圆周上相差半个槽距机械角度结构；（极比为11:1);
[0016] 图5为按照本发明的实施例一种的永磁电机中的定子结构示意图。
[0017] 在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
[0018] 1-转子I2-定子I3-转子II4-定子II5-转子III
【具体实施方式】
[0019] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，W下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用W解释本发明，并 不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所设及到的技术特征只要 彼此之间未构成冲突就可W相互组合。
[0020] 本发明提出将磁场调制机理和多气隙的轴向磁通拓扑结构有机结合，建立多气隙 轴向磁通-磁场调制永磁电机的概念。通过采用轴向磁通拓扑结构与环形绕组结合，提升 了电机转矩密度，降低了端部长度。同时，通过合理的拓扑结构设计，提高了电机的功率因 数，改善了电机性能。
[0021] 图1所示为本发明中的实施例一的实现示意图，其中按照本实施例，采用五盘式 结构为例，该电机具有两个定子和=个转子，其中该两个定子和=个转子在轴向方向上排 布设置，并且采用两个转子之间设置定子的排布方式。
[0022] 如图1、3中所示，该电机在轴向方向上依次包括转子I1，定子I2,转子II3,定子 II4 W及转子III5组成。其中定子I2和定子II4结构W及尺寸一致，采用环形绕组和轴 向双开槽定子铁忍，两定子在在径向方向上相差半个槽距机械角度放置。
[0023] 转子I1和转子III5采用磁钢表贴式结构分别置于两定子外侧，转子II3采用内 嵌永磁磁极置于两定子之间，其中如图2所示，按照本实施例实现的转子II3的结构示意 图，其中转子III5为表贴磁钢式转子。
[0024] S个转子极数相同但不同于定子极数，电机各定子绕组通过同一电端口与外部电 源连接，各转子机械上同轴连接同一转轴，转轴直接与外部负载相连，如绞盘、车轮、螺旋 奖。
[00巧]在本实施例中，设所有转子极对数为n，所有定子槽数为q，所有定子电枢磁场极 对数为P，则n、P、q满足如下关系式：
[0026] q=p+n(I)
[0027] 由此可知，在选择极对数时，与常规非磁场调制电机不同，只需要满足定子电枢磁 场的极对数与永磁转子磁场极对数之和等于定子槽数即可，定子电枢磁场极对数与永磁转 子磁场极对数无需相同。该结构使得电机能够实现仅依靠电磁结构的变极，进而实现低速 大转矩的工作特点。
[0028] 因定子槽起到磁场调制电机中调制环的作用，调制环的转速Q 2= 0。根据磁场调 制电机原理，该永磁电机结构中的所有定子旋转磁动势转速Q1和永磁电机结构中的所有 转子转速Q 3满足：
12)
[0030] 式（2)中的负号表示定转子的磁场旋转方向相反。通常取定子电枢磁场的极对数 P远小于转子极对数n，一般相差一个数量级左右，所W转子转速Q 3较慢且与定子电枢磁 场转速Q 1成正比。并且按照本发明实施的永磁电机可通过调节输入电势的频率改变电机 输出转速。
[0031] 根据力矩平衡和功率平衡原理，所有定子电枢的电磁转矩Ti、定子槽受力矩T2、转 子输出力矩Ts需满足：
[0032] T1+T2+